Nachdem die NCIS-Ermittler das Überwachungsvideo gesehen haben, das zeigt, wie der Ex-KGB-Agent Arkady Kolcheck mit seinem Auto in die Luft fliegt, wird die Akte Kolcheck geschlossen. Doch das stellt sich als voreilig heraus. Denn zur Überraschung aller steht der vermeintlich Tote plötzlich Sam und Callen gegenüber und bittet um Hilfe.
Der an einer schweren posttraumatischen Belastungsstörung leidende Marine Connor Rutnam hat sich aus der psychiatrischen Abteilung des Veteranenkrankenhauses abgesetzt. Der ehemalige Scharfschütze sollte schnell aufgespürt werden, denn er steht unter Psychopharmaka, die ihn leicht beeinflussbar machen. Das Team um Sam und Callen fürchtet, dass eine rechtsgerichtete Terrororganisation Rutnam dazu bringen könnte, ein Attentat auf Muslime zu verüben.
Bull wird zu einem Zivilprozess hinzugezogen, den die Eltern eines 17-jährigen Jungen angestrengt haben, der von seiner Lehrerin verführt wurde und ein Verhältnis mit ihr hatte. Sie hat bereits ihren Job und ihre Lehrerlizenz verloren, doch den Eltern ist das nicht genug. Als der Teenager plötzlich die Seiten wechselt, muss Bull seine komplette Verhandlungsstrategie neu ausrichten.
Eine Köchin der Marine besucht das beliebte 100 Jahre alte Restaurant ihrer Familie im French Quarter, als es dort zu einer Explosion kommt. Offenbar war die Köchin das Ziel des Anschlags. Pride und sein Team nehmen die Ermittlungen auf. Gleichzeit muss Brody nach Washington D.C. reisen, um im Fall von General Matthews dem FBI Rede und Antwort zu stehen.
Ein russisches Model stirbt an einem tödlichen Medikamentencocktail. Für Briscoe und Green bestünde deshalb eigentlich kein Grund für Ermittlungen. Doch sie stoßen auf den dubiosen Mediziner Ellis Heinz . Der selbsternannte "Doktor der Stars" ist Staatsanwalt Branch schon lange ein Dorn im Auge. Er will den Arzt wegen fahrlässiger Tötung anklagen. Das ist jedoch nicht einfach.
Briscoe und Green haben es mit einem besonders kniffligen Fall zu tun. Mitten auf der Straße wurden vier Menschen regelrecht hingerichtet. Zwischen den Opfern besteht jedoch keinerlei Verbindung. Anna Rodriguez , die Witwe eines der Ermordeten, gibt den Ermittlern einen entscheidenden Hinweis. Ihr Mann hatte kurz vor der Tat einen Mitarbeiter namens Herman Capshaw entlassen. Tatsächlich finden Briscoe und Green in dessen Berghütte die Mordwaffe.
Briscoe und Green haben alle Hände voll zu tun. Zuerst gibt ein toter Jogger ihnen Rätsel auf, dann wird unmittelbar neben diesem eine Frauenleiche gefunden. Laut Akte wurde das weibliche Opfer allerdings bereits vor Jahren ermordet. Außerdem überfährt eine eifersüchtige Ehefrau ihren treulosen Gatten mehrmals mit dem Auto. Dann erreicht die beiden Ermittler auch noch ein Notruf. Die schwangere Hannah Mayer wird von einer Frau festgehalten, die unbedingt ein Kind möchte.
Eine Mordserie an älteren Frauen führt das BAU nach Mexiko. Allerdings gestalten sich die Ermittlungen schwierig, denn es gibt kaum Beweise und die fremde Kultur erschwert ein präzises Profil des Täters. Die einheimische Polizei ist überzeugt, den Täter bereits gefunden zu haben, doch dann geschieht erneut ein Mord.
Ein Serienmörder hält den Süden Nordamerikas in Atem. Durch seine immer neuen Maskeraden ist es dem Profiler-Team nahezu unmöglich, den Serienkiller zu stoppen. Einmal mehr sehen sie sich in Zeitnot, denn der Mörder ist bereits auf der Suche nach seinem nächsten Opfer.
Ein Maulwurf legt dem CIA schon länger zahlreiche Steine bei der Aufklärung diverser Morde in den Weg. Aber die Informationen, die er weitergibt, behindern nicht nur die Missionen, sondern bringen auch das Leben der Agenten in höchste Gefahr. Deswegen werden die Profiler hinzugezogen. Doch diese können nicht problemlos arbeiten, weil ihre Büros und Computer kurzerhand beschlagnahmt werden, um zu verhindern, dass noch mehr Informationen in die Hände des Maulwurfs geraten.
Als Greg Lux am Abend aus dem Kino nach Hause kommt, findet er seine Eltern Mike und Robyn ermordet vor. Während die Polizei einen Handwerker findet, der sich verdächtig gemacht hat, findet Megan heraus, dass es sich bei dem Täter um einen Verwandten handeln muss, der offenbar einen besonderen Hass auf Mike hatte. Weil Greg ein wasserdichtes Alibi hat, können sich die Ermittler zunächst keinen Reim darauf machen.
Die Freundinnen Donna und Keri werden nach einem schweren Autounfall ins Krankenhaus gebracht. Nachdem Donna dort schon bald ihren Verletzungen erliegt, übernimmt Megan die Untersuchung der Leiche und stellt fest, dass es Keri ist, die als Donna für tot erklärt wurde. Außerdem scheint der Unfall nicht für deren Tod verantwortlich zu sein. Vor dem Aufprall wurde auf die beiden Mädchen geschossen. Megan findet heraus, dass eine Frau auf das Auto gefeuert haben muss.
Der Adoptivsohn des bekannten Komikers Monty Bender kommt bei einem Hotelbrand ums Leben. Angeblich hat Bender das Kind aus dem Fenster gehalten, um es vor dem Rauch zu schützen. Die Obduktion ergibt jedoch, dass der Junge bereits vor dem Ausbruch des Feuers tot war. Briscoe und Green glauben nicht an einen Unfall. Außerdem finden sie heraus, dass Bender pädophil ist. Staatsanwalt McCoy versucht Bender nun, über diesen Weg anzuklagen.
Der Mord an einem jungen Mädchen beschäftigt Briscoe und Green . Laut Aussage ihrer Eltern wollte sie das Wochenende mit ihrer Freundin Katie Corwin auf dem Land verbringen. Doch Katie gesteht, dass dies nur ein Vorwand war, um sich mit Kurt Lemond zu treffen. Er hatte am Tatabend in einer Bar Streit mit der Toten, scheidet jedoch als Täter aus. Die Ermittler stoßen auf Taxifahrer Mark Bruner und machen eine schreckliche Entdeckung. Offensichtlich ist der Mann ein Serienmörder.
Ein bekannter Kopfgeldjäger wird ermordet. Briscoe und Green finden heraus, dass der Tote hinter einem flüchtigen Vergewaltiger her war. Dafür hatte er einige Male mit Journalist Brian Kellog gesprochen, der mit dem Verbrecher ein Interview geführt hat. Die Ermittler gehen zunächst davon aus, dass der Kriminelle seinen Verfolger getötet hat. Doch die Spuren am Tatort weisen eindeutig auf Kellog als Mörder hin.
Nachdem am Strand die Leichen einiger Seeleute angespült wurden, finden Sam und Callen heraus, dass es sich um Besatzungsmitglieder des seit einiger Zeit verschwundenen Öltankers handelt, den Arkady Koltcheck für seinen Deal mit Russland benutzt hatte. Den Ermittlern wird schnell klar, dass dieser Fall nicht nur mit Koltcheck zusammenhängt, sondern vor allem mit dem berüchtigten russischen Verbrecher Ivan Karposev .
Der Fall Arkady Kolcheck führt Callen mit seinen Kollegen Deeks und Kensi nach Russland. In der Hauptstadt Moskau sind die CIS-Leute gezwungen, undercover zu ermitteln, um die Verdächtigen aufzuspüren. Callen erfährt außerdem Neuigkeiten über seinen Vater.
Als Tony seinen Vater vor dessen Hotel treffen will, kommt es zu einem Zwischenfall. Tony spricht einen Mann an, der die gefälschte Uniform eines Navy-Commanders trägt. Der flieht und zieht eine Waffe. Tony erschießt den Mann in Notwehr vor den Augen seines Vaters. Die Ermittlungen ergeben, dass der Tote ein berüchtigter Privatdetektiv war, der kurz vor der Begegnung mit Tony seine Waffe abgefeuert haben muss
Während der Proben zu einem Benefizkonzert auf einer Marinebasis detoniert in der Garderobe ein Sprengsatz. Ziel des Anschlags scheint der Altrocker Mannheim Gold gewesen zu sein. Zu seinem Schutz zieht Gold vorübergehend bei Tony ein und muss sich dessen strengen Hausregeln unterwerfen. Golds Manager spielt die Gefahr herunter und drängt ihn zu einem weiteren Auftritt. Währenddessen bereitet sich Jimmy darauf vor, Vater zu werden.
Der Kongressabgeordnete Dan McLane wurde in New Orleans ermordet. Weil es sich bei dem Opfer um einen ehemaligen NCIS-Mitarbeiter handelt, ermittelt Gibbs gemeinsam mit seinem Freund Dwayne Cassius Pride , der die NCIS-Außenstelle in New Orleans leitet, und Special Agent Christopher Lasalle vom FBI. Die Agenten müssen ihr Wissen bündeln, um herauszufinden, ob McLanes Tod einen politischen Hintergrund hatte oder ob ein einst von ihm verhafteter Serientäter dahintersteckt.
Nach einem missglückten Raubüberfall flüchten Addison und seine Zwillingsschwester Liza Richtung Kanada. Mitten in der verschneiten Wildnis wird die Flucht durch einen Unfall gestoppt. Um ihre Spuren zu verwischen, trennen sich die Geschwister. Während eines Schneesturms wird Liza von dem Ex-Boxer Jay Mills aufgelesen. Der ist unterwegs zur Farm seiner Eltern Chet und June , um dort Thanksgiving zu verbringen. Auch Addison, der eine Spur der Gewalt hinterlässt, erreicht die Farm. Dort kommt es zum Showdown.
Chris Farraday hat seine Karriere als Schmuggler hinter sich gelassen. Er installiert Alarmanlagen und lebt glücklich mit seiner Frau Kate und den gemeinsamen Kindern. Als sein Freund und Schwager Sebastian , der sich weiterhin als Schmuggler durchschlägt, in Schwierigkeiten gerät, will Chris ihn nicht im Stich lassen. Es bleibt ihm nichts anderes übrig, als sich auf einen letzten großen und gefährlichen Coup einzulassen.
Der Student Jonathan soll für den Ornithologen Max Bohm die Flugroute von Störchen erforschen, da in letzter Zeit immer weniger Vögel aus ihrem Winterquartier in Afrika zurückkehren. Doch dann wird Bohm tot in einem Storchennest gefunden. Kommissar Hervé Dumaz findet heraus, dass Bohm ein Spenderherz im Körper hatte, das nirgends registriert ist. Auch Jonathan stellt sich zunehmend Fragen und beschließt zu deren Klärung, seinen ursprünglichen Forschungsauftrag auszuführen. Ein gefährliches Unterfangen.
Jonathan hat herausgefunden, dass die Störche zum Diamantenschmuggel missbraucht werden. Die Spur der Steine führt nach Antwerpen. Doch während Jonathan noch im Kongo nach Antworten über seine Vergangenheit sucht, hat sich Sarah bereits mit den Steinen in Richtung Belgien aus dem Staub gemacht. Allerdings ahnt sie nicht, dass ihr Kommissar Hervé Dumaz ganz dicht auf den Fersen ist und in Europa bereits auf sie wartet. Jonathan gerät derweil in Afrika in die Hände eines alten Bekannten und damit in große Gefahr.
In den Sümpfen wird ein weiteres Mordopfer gefunden. Man nimmt an, dass der Mann den Mord an McLane beobachtet hat und deshalb sterben musste. Alles deutet darauf hin, dass hier der Serienmörder am Werk ist, den McLane angeblich vor Jahren festgenommen hat. Nun regt sich der Verdacht, dass McLane damals Beweise gefälscht hat und der echte Mörder sich noch auf freiem Fuß befindet. Ein Junge hat gesehen, dass der Täter eine weiße Uniform trug und bringt damit Gibbs und Pride auf die richtige Spur.
McGees Freundin Delilah ist wieder zurück auf ihrem Posten im Verteidigungsministerium. Als sie in einem schwierigen Fall eine Spur findet, darf sie nicht selbst ermitteln und bittet deshalb das NCIS-Team um Hilfe. Gibbs und seine Leute müssen hier viel Fingerspitzengefühl beweisen, denn auch die Kollegen von der CIA sind in den Fall verstrickt. Während McGee darüber nachdenkt, Delilah zu fragen, ob sie zu ihm ziehen möchte, erfährt Tony von Delilah, dass sie mit dem Gedanken spielt, sich nach Dubai versetzen zu lassen.
Nachdem der Navy Officer Lester Tate auf einer abgelegenen Straße überfahren wurde, muss das NCIS-Team herausfinden, ob es sich wirklich um einen Unfall handelte. Die einzige Spur führt Gibbs in eine Bar, in der der Tote in eine Schlägerei verwickelt war. Dort stellt sich heraus, dass eine Freundin ihn um Hilfe gebeten hatte, da sie in dieser Bar unter Drogen gesetzt und später vergewaltigt wurde. Tate hatte anschließend in ihrem Namen Anzeige erstattet. Inzwischen aber streitet sie ab, dass überhaupt etwas passiert ist.